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Therapeutic potential of retinoic acid-loaded nanoparticles for brain repair
| Summary: | As zonas subventricular (SVZ) e subgranular do hipocampo (SGZ) constituem os dois principais nichos neurogénicos no cérebro do mamífero adulto. Nestas regiões, existem células estaminais dotadas de multipotência e auto-renovação, e que podem originar novos neurónios, astrócitos e oligodendrócitos. A compreensão dos mecanismos de diferenciação neuronal é crucial para o desenvolvimento de novas terapias celulares dirigidas à reparação do cérebro lesionado. Para este propósito, têm sido descritas e testadas várias proteínas e moléculas promissoras, embora com pouco sucesso. O ácido retinóico (RA) é um destes agentes pro-neurogénicos que se tem destacado por potenciar a neurogénese durante o desenvolvimento e na idade adulta. Infelizmente, parâmetros tais como a solubilidade, estabilidade e concentração ou posicionamento espácio-temporal comprometem o seu potencial terapêutico. A utilização de biomateriais surge assim como o suporte ideal para contornar estas limitações e consequentemente potenciar a diferenciação neuronal. Assim, o objectivo principal desta tese foi desenvolver uma plataforma mais segura e eficaz baseada na aplicação de nanopartículas com RA encapsulado para impulsionar o processo neurogénico em células estaminais neurais no cérebro adulto. No Capítulo 3, reportamos a utilização de nanopartículas com RA encapsulado como uma ferramenta com potencial de induzir diferenciação neuronal de células da SVZ. A entrega intracelular de RA através de nanopartículas levou à ativação de recetores de RA, diminuiu a capacidade estaminal e aumentou a expressão de genes pró-neurogénicos. É de salientar que este trabalho demonstrou a capacidade destas mesmas nanopartículas modularem o nicho neurogénico da SVZ in vivo. Adicionalmente, comparamos a dinâmica da expressão genética das fases iniciais de diferenciação induzida pelas nanopartículas com RA encapsulado ou por RA solubilizado. No entanto, a bioacumulação em áreas do organismo que não as pretendidas e a libertação contínua destes agentes podem induzir efeitos secundários indesejados. Neste sentido, otimizamos a formulação previamente descrita no Capítulo 3 de forma a ser controlada remotamente. Assim, no Capítulo 4 desenvolvemos uma formulação que é sensível à luz permitindo a libertação intracelular de RA com precisão espácio-temporal. O estímulo utilizado para desencadear a libertação de RA foi luz com comprimento de onda de 405 nm. O estímulo com luz promoveu o aumento transiente de espécies reativas de oxigénio (ROS) mediadas pela NADPH oxidase e presentes na mitocôndria culminando com a ativação da β-catenina e aumento de diferenciação neuronal. Esta resposta celular à luz aumentou ainda os níveis de expressão do receptor RA-alfa (RARα), resultando num aumento de neurogénese induzida por RA. Em suma, as formulações de nanopartículas desenvolvidas no curso deste trabalho oferecem novas perspetivas para o desenvolvimento de estratégias de regeneração cerebral, com o enfoque na modulação das fontes endógenas de NSC no cérebro adulto. A proteção do RA contra a degradação, a entrega intracelular e precisão espácio-temporais mediados por nanopartículas com RA encapsulado podem ser os fundamentos para o desenvolvimento de uma terapia inovadora para a regeneração do cérebro contra lesões e degeneração. |
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| Main Authors: | Santos, Tiago Alexandre Ramos Teixeira de Sousa |
| Subject: | ácido retinoico reitinoic acid células estaminais diferenciação celular nanopartículas reparação cerebral stem cells cell differentiation nanoparticles brain repair |
| Year: | 2016 |
| Country: | Portugal |
| Document type: | doctoral thesis |
| Access type: | open access |
| Associated institution: | Universidade de Coimbra |
| Language: | English |
| Origin: | Estudo Geral - Universidade de Coimbra |
| Summary: | As zonas subventricular (SVZ) e subgranular do hipocampo (SGZ) constituem os dois principais nichos neurogénicos no cérebro do mamífero adulto. Nestas regiões, existem células estaminais dotadas de multipotência e auto-renovação, e que podem originar novos neurónios, astrócitos e oligodendrócitos. A compreensão dos mecanismos de diferenciação neuronal é crucial para o desenvolvimento de novas terapias celulares dirigidas à reparação do cérebro lesionado. Para este propósito, têm sido descritas e testadas várias proteínas e moléculas promissoras, embora com pouco sucesso. O ácido retinóico (RA) é um destes agentes pro-neurogénicos que se tem destacado por potenciar a neurogénese durante o desenvolvimento e na idade adulta. Infelizmente, parâmetros tais como a solubilidade, estabilidade e concentração ou posicionamento espácio-temporal comprometem o seu potencial terapêutico. A utilização de biomateriais surge assim como o suporte ideal para contornar estas limitações e consequentemente potenciar a diferenciação neuronal. Assim, o objectivo principal desta tese foi desenvolver uma plataforma mais segura e eficaz baseada na aplicação de nanopartículas com RA encapsulado para impulsionar o processo neurogénico em células estaminais neurais no cérebro adulto. No Capítulo 3, reportamos a utilização de nanopartículas com RA encapsulado como uma ferramenta com potencial de induzir diferenciação neuronal de células da SVZ. A entrega intracelular de RA através de nanopartículas levou à ativação de recetores de RA, diminuiu a capacidade estaminal e aumentou a expressão de genes pró-neurogénicos. É de salientar que este trabalho demonstrou a capacidade destas mesmas nanopartículas modularem o nicho neurogénico da SVZ in vivo. Adicionalmente, comparamos a dinâmica da expressão genética das fases iniciais de diferenciação induzida pelas nanopartículas com RA encapsulado ou por RA solubilizado. No entanto, a bioacumulação em áreas do organismo que não as pretendidas e a libertação contínua destes agentes podem induzir efeitos secundários indesejados. Neste sentido, otimizamos a formulação previamente descrita no Capítulo 3 de forma a ser controlada remotamente. Assim, no Capítulo 4 desenvolvemos uma formulação que é sensível à luz permitindo a libertação intracelular de RA com precisão espácio-temporal. O estímulo utilizado para desencadear a libertação de RA foi luz com comprimento de onda de 405 nm. O estímulo com luz promoveu o aumento transiente de espécies reativas de oxigénio (ROS) mediadas pela NADPH oxidase e presentes na mitocôndria culminando com a ativação da β-catenina e aumento de diferenciação neuronal. Esta resposta celular à luz aumentou ainda os níveis de expressão do receptor RA-alfa (RARα), resultando num aumento de neurogénese induzida por RA. Em suma, as formulações de nanopartículas desenvolvidas no curso deste trabalho oferecem novas perspetivas para o desenvolvimento de estratégias de regeneração cerebral, com o enfoque na modulação das fontes endógenas de NSC no cérebro adulto. A proteção do RA contra a degradação, a entrega intracelular e precisão espácio-temporais mediados por nanopartículas com RA encapsulado podem ser os fundamentos para o desenvolvimento de uma terapia inovadora para a regeneração do cérebro contra lesões e degeneração. |
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